摘要： 结合各种生活污水处理工艺在海上平台中应用，提出了利用膜制氮装置产生的富氧空气替代压缩空气作为微电解膜生物组合法曝气气源的工艺优化方法。计算表明，经过优化后，空压机处理能力可减少约10%，同时减少富氧空气的排放，从而达到节能减排的目的。
关键词：生活污水；膜生物法；工艺优化
海上平台是长期矗立在海洋中的油气开采设施，人员日常生活产生的污水直接排海会导致污染。生活污水处理装置是海上生活设施所必需的基本设备。海上平台生活污水处理工艺由原有的生化法、电解法、膜生物法，逐步发展到现有的微电解膜生物组合法[1]。文章首先对船舶常用的生活污水处理工艺进行介绍，然后提出微电解膜生物组合法工艺的优化方法，旨在为海上船舶，保障水域环境的清洁提供理论基础。
1 海上平台生活污水及国内处理装置现状
海上平台生活污水种类有洗浴、洗涤、餐厨污水、粪便及冲洗水和舱底油污水、固体废弃物。这么多污染即使在陆上处理也是麻烦事，现在却面临船身处理场地狭小、飘泊不定、处理系统的投资、耗能、运营成本都不能高。根据来源不同，可将平台生活污水分为灰水和黑水。灰水是指洗手池、洗衣间、厨房及医务室排出的含有洗涤剂或医疗化学物质的水。黑水是指厕所下水管排放的含有粪、尿等排泄物的水。生活污水含有大量的细菌和油污，若直接排放，污水中过量的氨氮和磷酸盐会导致水体富营养化加剧，严重污染水体。
表1 为平台生活污水主要指标物质含量。
表1 某油田平台生活污水主要指标
2平台生活污水处理装置分析
平台生活污水主要来源于平台人员的日常生活排水，根据不同来源主要分为“黑水”和“灰水”两种类型。来自卫生间和医务室为“黑水”；来自洗浴、厨房、洗衣等废水为“灰水”。现有平台主要采用的生活污水处理工艺有：生化法、电解法、膜生物法(MBR)和微电解膜生物组合法。
2.1 生化法
生化法也称生物处理方法，主要依靠生态环境中存在的微生物分解有机物，在适宜的生长条件下，微生物大量繁殖，在繁殖的过程中，将污水中的有机物分解为水和二氧化碳，从而达到净水的目的[2]。图1为生化法基本原理。目前除了已有平台已经淘汰了此种工艺。
图1 生化法处理系统示意图
2.2 电解法
利用具有催化活性电极反应产生强氧化性物质氧化分解有机物的方法称为电解法，在分解有机物的同时，污水中的电解质(主要为氯化钠)在电场作用下，氯离子被氧化产生的次氯酸盐是氧化剂和消毒剂，也可以协同降解有机物，同时杀灭细菌[3]。图2为电解法基本原理。
2.3 膜生物法
MBR(膜生物反应器)是一种由膜分离单元与生物处理单元想结合的新型水处理技术[4～6]。生物反应器中好氧微生物首先对有机污染物进行降解，同时利用膜组件取代生物处理技术末端的沉淀池。由于膜组件具有选择透过性的特点，大部分活性污泥及大分子物质被截留下来，使生物反应器中高活性污泥浓度得以保持，从而提高了生物处理有机负荷能力，使出水中的悬浮固体量、有机物含量、及大肠杆菌群含量符合处理指标的要求。图3为膜生物法基本原理。
图2 电解法处理系统示意图
图3 膜生物法处理系统示意图
2.4 微电解膜生物组合法
海上石油平台采用单纯的MBR工艺，根据现场反馈存在如下问题：(1)由于冲厕所用的是海水，造成无机盐浓度升高，影响生化效果；(2)受海上平台空间限制MBR好氧工艺总停留时间短，难于彻底分解有机物，出水COD不满足小于300 mg/L的排放标准。通过微电解技术与膜生物技术的组合，可以有效地解决上述出现的问题。图4为微电解膜生物组合法基本原理。
图4 微电解膜生物组合法处理系统示意图
3 微电解膜生物组合法工艺优化
3.1 工艺描述
微电解膜生物组合法采用活性污泥、接触氧化、超滤系统、微电解组合生活污水处理工艺，如图4。
黑水首先进入到厌氧池，厌氧池中以厌氧菌为主的活性污泥菌吸附有机物，使有机物发生水解、酸化和甲烷化，去除黑水中的有机物，同时提高污水的可生化性，有利于后续的好氧处理。
灰水进入MBR一体化反应池，反应池以好氧菌为主，在氧气充分的条件下降解有机物，使其变成二氧化碳和水，同时活性污泥得到繁殖。
超滤系统将活性污泥与污水进行分离，超滤系统正常为间歇运行，在自吸泵停运期间，超滤膜上污染物在没有吸力情况下，受到重力和曝气流冲洗共同作用下，被清理干净。
微电解装置主要将水中难于去除的有机物氧化去除，同时电解产生强氧化剂将污水进行消毒杀菌处理。微电解采用贵金属惰性电极，在通电条件下，污染物转移到吸附材料表面的同时被电解，使吸附表面不断再生。
3.2 工艺优化
MBR一体化反应池以好氧菌为主，在氧气充分的条件下分解有机物变成二氧化碳和水，同时活性污泥得到繁殖。现有工艺是采用平台压缩空气对MBR一体化反应器进行曝气，由于耗气量较大，导致平台空气压缩机处理能力增加。
为了降低空压机处理能力，文章将采用平台膜制氮系统产生的富氧空气替代压缩空气作为生活污水处理装置的曝气气源。
以常规采油平台为例，对于可以容纳120人平台而言，配置的生活污水处理装置需要消耗压缩空气大约为82.5 Sm3/h，约占整个平台空压机处理能力的10%。通常情况下，常规采油平台氮气系统的制氮能力一般为100 Sm3/h，膜的产氮率大约为35%，根据计算，产生100 Sm3/h氮气同时可以产生富氧空气215 Sm3/h，富氧空气产量满足生活污水处理装置的需求；同时好氧曝气压力需求一般小于10 kPa(G)，膜制氮出口压力满足好氧曝气的压力需求。
由于膜制氮系统有间隙操作工况，产生的富氧空气不连续，需设置富氧空气缓冲罐，产生的富氧空气首先进入到富氧空气储罐中缓冲，然后进入到生活污水处理装置进行曝气。具体流程图见图5。
图5优化后微电解膜生物组合法处理系统示意图
经优化后，不但可以减少压缩空气需求量，减小空压机的处理能力；同时可以减少富氧空气的排放，达到节能减排的目的。
4 结语
文章结合生化法、电解法、膜生物法和微电解膜生物组合法，介绍了海洋石油平台生活污水处理装置的详细过程。通过对现有微电解膜生物组合工艺的优化，可以实现减少空气压缩系统处理能力和富氧空气排放的目的，为海洋石油平台降本增效提出建议。
参考文献:
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［5］李伟涛，孙占新，杨成鹏，等.海洋平台生活污水处理工艺及发展趋势[J].化学工程与装备，2011(4)：172-174.
论文作者:吴开丰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
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